基于ARM應用網絡程控空調系統的組建

摘 要：隨著科學技術的創新發展，嵌入式系統也更加完善，逐漸向著低耗能、高性能的方向發展，大大降低了費用投入，研發出多種ARM設備，功能拓展接口更加多樣化，系統平臺應用也逐漸穩定。ARM（Advanced RISC Machines）是一種RISC微處理器，屬于32位設計，具有明顯的優勢，在自動化工業生產領域中占據著極高的地位。該文主要分析了網絡程控空調系統架構，從硬件配置、軟件配置及軟件設計等角度研究了基于ARM應用網絡程控空調系統的組建流程，并進行了工程試驗模型，以期進一步探索嵌入式網絡程控空調系統的組建要求和要點，更好的指導實際系統組建工作的開展。

關鍵詞：ARM 空調程控系統 軟件配置 組建

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0080-02

當空調在規模較大的場所應用時，會消耗大量的電能，管理和維護難度增大，這就需要組建相應的網絡程控空調系統，在ARM處理器的基礎上，借助占用空間小、耗能少的終端對整合系統進行調控，保證空調系統運行的穩定性和可靠性，提高管理工作效率。研究基于ARM應用網絡程控空調系統的組建具有非常重要的意義，能夠提升物業整體管理水平，提高管理效率，深化對嵌入式處理器的探索和研究，形成系統的計算機嵌入式系統研究方案，為相關研究提供參考意見。

1 網絡程控空調系統架構分析

系統用戶、控制器、數據采集器、ARM9終端處理器、Web服務器是構成網絡程控空調系統的幾大部分，系統的關鍵部件為終端和Web服務器，借助互聯網的作用，進行穩定、持續的工作，實現通訊功能。實時性的獲得空調運行狀況，使用戶個人電腦能夠及時顯示出相關的運行數據信息是網絡程控空調系統的主要作用，還可以對不同用戶的請求進行反應，并根據系統數據庫將操作指令傳輸至終端，達到調控空調運行參數或狀態的效果[1]。Micro2440-ARM9開發板是網絡程控空調系統終端的主要元件，主要包括兩大部分，即Micro2440SDK底板、Micro2440核心板，同上部結構利用RJ-45接頭服務器與終端有效的連接起來，在下部結構上則借助RS232串口數據采集器及分析器進行連接。服務器在發出操作指令后，終端接收、顯示相關的指令，對指令進行進一步的轉化，使轉化后的數據能夠被數據采集器的串口直接讀取，簡化了執行操作過程。終端接收的數據信息是由串口傳輸的，經過數據采集器的預先處理，接收后會進行進一步的過濾和轉換操作，最終交由服務器進行處理。

S3C2440微處理器可以提供三個串口，允許在系統中介入三臺數據采集器，若系統中五匹空調共為三臺，共計空間為210M2，可以支持串口數據的穩定傳輸。在串口連接作用下，采集器同終端的數據傳輸效率明顯增強，通訊質量提高[2]。空調電源能夠利用采集器進行調控，控制途徑為紅外遙控編碼，通過濾波磁環，對電流分量進行采集，進行模擬/數字處理后將數據庫同實際空調運行狀況進行對比分析，向終端傳送最終的對比結果，使服務器獲取有關信息，進行實時性的顯示。

2 基于ARM應用網絡程控空調系統的硬件組成

（1）終端硬件配置。

Micro2440-ARM9開發板為系統終端，構成元件為Micro2440核心板，應用的是COMS標準宏單元、存儲器單元和ARM920T內核主板，性能優越，能耗大大減小，能夠節約費用投入，得到了普遍推廣應用[3]。系統中應用的Micro2440SDK底板、Micro2440核心板，對提升系統性能有極大的幫助，其特性主要表現在以下幾個方面：內部中央處理器是由Samsung集團生產，型號為S3C2440，內存主頻為400Mhz；系統帶有液晶顯示器觸摸屏，屏幕尺寸為3.5寸；網絡帶有一個RJ-45接口；含有三和通道的采集和串口傳輸UART；WDT定時器為16位；高速模數轉換器為8通道、10位；S3C2440 SDRAM內存驅動；ARM Cortex 應用處理器；RS-232串行接口及通用串行總線端口等。上述終端硬件配置不僅占用空間小，還為用戶的操作管理提供了極大的便利，能耗明顯降低，能夠提供多樣化、個性化的服務，方便后期維護工作的開展。

（2）服務器硬件配置。

在研究基于ARM應用網絡程控空調系統的組建流程過程中，可以選取一臺或兩臺空調作為研究對象，利用ARM9處理器對空調工作狀況進行監控。服務器在用戶訪問量較少時候能夠高效的運行，但當增大訪問量或擴大監控空調數量時，就需要借助硬件配置來增強工作穩定性[4]。系統中服務器硬件配置的各項參數如下：7200轉320G的SATA硬盤、DDR3 1G內存、1000MBPS集成以太網卡及Intel Pentium E5400中央處理器。

（3）采集器硬件配置。

STC89C52RC單片機（8位）是基于ARM應用網絡程控空調系統的主要采集器硬件，此外還包括模擬/數字轉換器、紅外線接收發送裝置及RS-3串口。采集器硬件結構布局簡單明了，如果需要對空調裝置進行更換，只需進行簡單的更新采集器內存資料工作即可。

3 基于ARM應用網絡程控空調系統的軟件設計

在網絡程控空調系統軟件組成方面，可編程DSP主控制單元主要應用的是大型系統程序設計模塊化方式，涉及到大量的軟件，各個軟件的功能作用具有很大的差異，包括：通信、串口或外部中斷服務、顯示、計算、初始化、主監控及診斷等多個程序。當數據信息傳輸中斷現象后，需要應用定時器、串口及外部三種終端服務程序，而主監控程序負責對系統中各個子模塊進行調控，協調處理系統的整體功能，能夠借助通斷電的方式進行自動化運行，系統運行效率得到明顯改善。

系統軟件應用程序均用匯編語言進行編寫，這就使得軟件運行效率更高，可編程DSP的輸入、輸出端口及外部硬件中斷的狀態來對外部事件進行查詢、反應和執行操作。在中斷接收數據信號時，處在集成開發環境下，能夠利用IDLE指令，大大降低能耗，能夠快速、及時的響應線路監控狀況，有效的避免中斷響應現象的發生。在系統初始化運行的過程中，可以暫時屏蔽價值不大的數據信息的輸送，在系統中輸入中斷返回指令，對中斷程序進行控制。

4 基于ARM應用網絡程控空調系統的軟件配置

（1）終端軟件配置。

基于ARM應用網絡程控空調系統的終端軟件配置選用的是微軟嵌入式移動平臺操作系統Windows CE 6.0，能夠滿足廣大用戶的操作標準。由于Windows CE特有的性質，不受處理器的約束和限制，結構和模塊化特點顯著，能夠為用戶提供優質的圖形界面，允許用戶應用傳統的函數及編程工具進行操作，更加人性化。在進行軟件配置的過程中，可以在原有系統軟件的基礎上，進行稍微的改進和移植，適用性較強[5]。

（2）服務器軟件配置。

由于網站的用途不同，選取的Web系統也會存在很大的差異，在進行系統軟件配置的過程中，通常以需求為導向，應用實用性較強的軟件，滿足廣大用戶的多樣化需求。將Windows平臺下的用戶個人計算機作為系統服務器，借助超文本預處理器（Hypertext Preprocessor）對網頁代碼進行編寫，可以實現跨平臺操作，服務的主要對象為用戶。選取應用率最高的Web服務器軟件—Apache作為網絡程控空調系統的服務器軟件，利用由MySQL AB公司生產研制的MySQL作為數據庫管理系統。在進行跨平臺操作的過程中，需要將上述三種軟件進行有效的整合，構建成性能優越的服務器，為系統的可靠運行奠定堅實的基礎。

（3）終端應用軟件的選取。

基于ARM應用網絡程控空調系統在選取終端應用軟件的過程中，最關鍵的兩項內容為WINCE6.0開發環境搭建、應用程序配置。搭建WINCE6.0開發調試環境的具體操作步驟如下：利用通用串行總線端口，將用戶個人計算機同安裝好的ARM9 2440開發板連接起來，在計算機中會自動執行相應的設備連接管理程序的下載、安裝任務，實現了個人計算機同ARM處理器數據信息的共享；完成上述操作后，需要在系統平臺中安裝VS2005，結合系統中開發應用程序的實際狀況，選用合理的軟件開發工具包插件（Software Development Kit）。在對基于ARM應用網絡程控空調系統組建流程進行研究時，還需要應用如mini2440 Windows CE 5.0 SDK等其他的開發軟件。在具備良好的WINCE6.0開發環境的情況下，網絡程控空調系統應用程序開發工作效率會大大提升，能夠進行調試工作。

而在對系統應用程序進行配置的過程中，應用軟件流程為：在運行系統應用程序時，要先對網絡寄存器進行讀取，查看是否存在新的數據信息，在內存中讀取更新的數據，并根據串口通道劃分為不同的類型，將整理后的數據信息在COM通道進行顯示和發送；如果并未檢測到新的數據，就需要將COM端口（3個）數據進行讀取，之后對數據信息進行打包處理，在通道中顯示空調的運行狀況，實時性的掌握空調的工作狀態；基于ARM應用網絡程控空調系統需要在串口發送數據信息時，需要停止當前的COM端口接收數據工作，待發送操作結束之后繼續進行接收操作[6]。

（4）采集器軟件的實現。

網絡程控空調系統中的采集器能夠發揮多種作用，不僅可以接收由串口發送的數據信息，對終端數據信息進行進一步的解析，發送并接收紅外遙控信號，并對繼電器進行調控，還能夠利用模擬/數字轉換器的作用，對空調電流分量進行實時性的收集，并對比其和內存電流分量的差異，向終端發送最終的對比結果，為空調的調控工作提供可靠的數據。串口通訊模塊、輸出與處理信息模塊、模擬/數字處理與轉換模塊、紅外接收與發送代碼模塊等是構成系統內采集器程序的主要模塊。

5 結語

研究基于ARM應用網絡程控空調系統的組建能夠優化和調整構建流程，使遠程調控空調的運行狀況更加穩定，構建了方便、實用的電器管理平臺，減輕了物業管理部門的工作量。在組建基于ARM應用網絡程控空調系統的過程中，需要基于操作平臺，對系統不斷進行開發、應用，應基于整體的角度，統籌把握硬件配置、軟件配置和軟件設計等方面的內容，實現空調運行狀態的智能化和自動化控制，保證空調的穩定、可靠的運行。在今后的研究和完善過程中，應將改進采集器、下位機二者的通訊狀況擺在重要的位置，充分發揮無線傳輸技術的優勢，簡化系統組件安裝工作，使布線安裝工作更加集中化，提高了資源的利用率。

參考文獻

[1]陳文汐，茅正沖，胡月舟，等.基于ARM7的嵌入式家電控制系統的設計[J].中國儀器儀表，2011（9）：30-33.

[2]管鳳旭，楊慶國，呂淑萍.基于ARM的環境檢測與控制綜合實驗系統設計[J].實驗技術與管理，2010（10）：106-109，112.

[3]孟晉，周鵬.基于ARM的遠程無線視頻監控終端設計[J].電子設計工程，2010（11）：166-168，174.

[4]湯小嬌，雷振山.基于嵌入式技術遠程終端設備的開發與應用[J].河北工業大學學報，2010（5）：60-63.

[5]王麗娜，袁嫣紅，張建義.基于ARM Cortex-M3的織帶機控制系統設計[J].浙江理工大學學報，2011（2）：187-191.

[6]王廣維，張浩然.基于ARM和W5100的嵌入式以太網通信接口設計[J].微型機與應用，2011（5）：50-53.